Abstract
Vor fast zehn Jahren wurde zum ersten Mal über die Existenz von Stammzellen im menschlichen Fruchtwasser berichtet. Seit dieser Entdeckung hat sich das Wissen über diese Zellen dramatisch erweitert. Heute sind Fruchtwasserstammzellen (AFS) weithin als neues leistungsfähiges Instrument für die Grundlagenforschung sowie für die Entwicklung neuer stammzellbasierter Therapiekonzepte anerkannt. Es ist möglich, monoklonale, genomisch stabile AFS-Zelllinien zu erzeugen, die ein hohes Proliferationspotenzial aufweisen, ohne ethische Fragen aufzuwerfen. Viele verschiedene Gruppen haben gezeigt, dass AFS-Zellen in alle drei Keimbahnlinien differenziert werden können, was sowohl für die wissenschaftliche als auch für die therapeutische Nutzung dieser Zellen von Bedeutung ist. Von besonderer Bedeutung für letztere ist die Tatsache, dass AFS-Zellen weniger tumorigen sind als andere pluripotente Stammzelltypen. In diesem Beitrag haben wir den aktuellen Wissensstand über dieses relativ junge wissenschaftliche Gebiet zusammengefasst. Darüber hinaus diskutieren wir die relevanten Zukunftsperspektiven dieses vielversprechenden Bereichs der Stammzellforschung und konzentrieren uns dabei auf die nächsten wichtigen Fragen, die es zu beantworten gilt.
1. Einleitung
Obwohl menschliche Fruchtwasserzellen in der routinemäßigen Pränataldiagnostik weit verbreitet sind, bleibt das Wissen über diese Zellen begrenzt. Die Vorstellung, dass undifferenzierte und differenzierte Zellen unterschiedlicher Herkunft und Abstammung im Fruchtwasser vorhanden sind, wurde jedoch in den letzten drei Jahrzehnten durch mehrere Berichte bestätigt. Dies ist nicht überraschend, wenn man bedenkt, dass im Fruchtwasser Zellen des Amnionepithels, der fetalen Haut und des fetalen Urogenital-, Atmungs- und Magen-Darm-Systems nachgewiesen wurden. Bei längerer Schwangerschaft können fetale Atemwegs-, Urin- und Darmsekrete im Fruchtwasser gefunden werden. Darüber hinaus ist bekannt, dass die Zusammensetzung, die Morphologie und die Wachstumseigenschaften von Fruchtwasserzellen durch bestimmte fetale Pathologien, wie z. B. Neuralrohrdefekte oder Gastroschisis, beeinflusst werden.
Das neue Interesse an Zellen aus dem Fruchtwasser wurde durch zwei unabhängige Erkenntnisse ausgelöst. Im Jahr 2001 wurde vorgeschlagen, dass Fruchtwasserzellen in Tissue-Engineering-Ansätzen für die chirurgische Reparatur von angeborenen Anomalien in der Perinatalperiode verwendet werden könnten. Die Autoren isolierten mechanisch eine Subpopulation von Zellen aus dem Fruchtwasser trächtiger Mutterschafe, die eine besondere Morphologie aufwiesen. Das immunzytochemische Profil dieser Zellen war sehr vergleichbar mit dem von Zellen einer mesenchymalen Fibroblasten/Myofibroblasten-Linie. Diese aus Fruchtwasser gewonnenen Zellen, die eine deutlich schnellere Proliferation als vergleichbare fötale und adulte Zellen aufweisen, konnten auf Polyglykolsäure-Polymergerüsten bis zu konfluenten Zellschichten kultiviert werden. Ursprünglich wurde erörtert, dass ein solches Konstrukt optimal als Transplantat für die Implantation entweder in der Neugeborenenperiode oder sogar vor der Geburt geeignet wäre. Dies könnte für Kinder von besonderem Interesse sein, die mit einem Körperwanddefekt geboren wurden und zu jung sind, um ein Transplantat an einer anderen Stelle ihres Körpers für eine rekonstruktive Operation zu entnehmen. Die in Tiermodellen erzielten Ergebnisse sind in der Tat ermutigend. Soweit uns bekannt ist, gibt es jedoch bisher keinen Bericht über die klinische Anwendung eines solchen zellbasierten Therapieansatzes beim Menschen.
Eine weitere Entdeckung über Fruchtwasserzellen hat ein sehr vielversprechendes und schnell wachsendes Forschungsgebiet eröffnet. Vor fast zehn Jahren wurde der erste Hinweis auf menschliches Fruchtwasser als neue mutmaßliche Quelle für Stammzellen veröffentlicht. Der erste Beweis für die Existenz von AFS-Zellen wurde durch die Entdeckung eines hochproliferativen Zelltyps im menschlichen Fruchtwasser erbracht, der den pluripotenten Stammzellmarker Oct4 exprimiert. Neben der Tatsache, dass diese Zellen Marker exprimieren, die als spezifisch für pluripotente Stammzellen bekannt sind, wurde nachgewiesen, dass sie Zellzyklusproteine exprimieren, die als spezifisch für zyklische Zellen bekannt sind. Nach dieser ersten Beschreibung haben viele Gruppen die Existenz dieser Oct4+/c-Kit+ AFS-Zellen bestätigt und über ihr Potenzial zur Differenzierung in hämatopoetische, neurogene, osteogene, chondrogene, adipogene, renale, hepatische und verschiedene andere Zelllinien berichtet. Obwohl die AFS-Zellen hinsichtlich ihrer biologischen Eigenschaften und Markerexpressionsmuster den embryonalen Stammzellen (ES) ähnlicher zu sein scheinen als beispielsweise den Trophoblastenzellen, ist der genaue Ursprung der AFS-Zellen nach wie vor nicht klar. Biochemische, immunzytochemische, biologische und morphologische Untersuchungen ergaben, dass AFS-Zellen eine neue und spezifische Entität darstellen, die sich von ES-Zellen oder anderen Stammzelltypen, wie z. B. denen, die aus Amnionepithel- oder Trophoblastenquellen isoliert werden können, unterscheidet. Heute ist es von großem Interesse, zwei wichtige Fragen in Bezug auf AFS-Zellen zu klären. Woher kommen sie? Haben sie eine biologische Funktion in vivo? Wir haben bereits früher diskutiert, dass AFS-Zellen wahrscheinlich eine Rolle bei intrauterinen Wundheilungsprozessen spielen könnten. Bislang gibt es jedoch keine experimentelle Unterstützung für diese Hypothese. Es liegt auf der Hand, dass experimentelle Bedingungen, die es erlauben, diese Hypothese zu beweisen, derzeit weder leicht vorstellbar noch praktikabel sind (oder erst noch entwickelt werden müssen).
Seit ihrer ersten Entdeckung war es von höchster Wichtigkeit, die Frage zu klären, ob AFS-Zellen tatsächlich ein pluripotentes Differenzierungspotenzial besitzen, indem sie erfolgreich die Differenzierung in verschiedene Linien ausgehend von einer einzigen Stammzelle initiieren. Es ist wichtig festzustellen, dass viele Berichte in der Literatur, die sich auf die Forschung an AFS-Zellen berufen, nicht einmal klären, mit welcher Art von Zellen sie arbeiten. Oftmals verwendeten die Forscher einfach eine Mischung von Zellen aus Fruchtwasser, die durch spezielle Kultivierungsverfahren gewonnen wurden. Wie bereits erwähnt, enthalten solche aus Fruchtwasser gewonnenen Zellmischungen jedoch eine Vielzahl von spezifischen undifferenzierten und differenzierten Zelltypen. Wenn in einer Studie über ein Differenzierungspotenzial bei bestimmten Zelllinien berichtet wird, ist es von höchster Relevanz, zunächst zu klären, welcher Ausgangszelltyp verwendet wurde (durch detaillierte biologische und immunzytochemische Charakterisierung). Darüber hinaus kann der Nachweis, dass AFS-Zellen tatsächlich ein pluripotentes Differenzierungspotenzial besitzen, nur anhand einer einzigen als Stammzelle charakterisierten Zelle erbracht werden. In jedem anderen Fall könnte man davon ausgehen, dass eine Mischung von Fruchtwasserzellen, die als Ausgangsmaterial verwendet wurde, sehr wahrscheinlich einen Zelltyp mit dem Potenzial zur Differenzierung in eine bestimmte Zelllinie und andere Zelltypen mit anderen Differenzierungspotenzialen enthält. Oder das in einigen Studien verwendete In-vitro-Differenzierungsprotokoll führte eher zu einer Selektion (durch einen Wachstumsvorteil) für einen bereits (eingeschlossenen) differenzierten Zelltyp als zu einer echten Differenzierung. Einzelzellansätze sind nach minimalen Verdünnungsexperimenten obligatorisch und praktisch.
Die erste Forschergruppe, die dem wirklich Rechnung trug, berichtete, dass es möglich war, ausgehend von einer einzigen Oct4-positiven AFS-Zelle adipogene, osteogene und neurogene Differenzierung zu induzieren. Die Autoren verwendeten ein zweistufiges Kulturprotokoll, gefolgt von einer detaillierten immunzytochemischen Charakterisierung des erhaltenen Stammzelltyps. Drei Jahre später isolierte eine andere Forschergruppe mittels durchflusszytometrischer Selektion und minimaler Verdünnung monoklonale AFS-Zellen, die die Stammzellmarker c-Kit und Oct4 exprimierten. Die Autoren beschrieben die erste Etablierung monoklonaler AFS-Zelllinien, die ein hohes Proliferationspotenzial aufweisen und über viele Zyklusperioden mit stabilem Chromosomenstatus kultiviert werden konnten. Mit solchen AFS-Zelllinien konnten sie zeigen, dass eine adipogene, osteogene, myogene, endotheliale, neurogene und hepatische Zelldifferenzierung induziert werden kann. Wichtig ist, dass diese Autoren auch berichteten, dass AFS-Zellen im Gegensatz zu ES-Zellen keine Tumorbildung in Mäusen mit schwerem kombinierten Immundefizit (SCID) auslösen (für eine ausführliche Diskussion dieses Aspekts siehe unten).
ES-Zellen können, wenn sie in Abwesenheit von Differenzierungsfaktoren kultiviert werden, spontan dreidimensionale multizelluläre Aggregate bilden, die als embryoide Körper bezeichnet werden. In der Vergangenheit galten Embryoidkörper weithin als optimaler Ausgangspunkt für die Differenzierung von Stammzellen in verschiedene Zelllinien. Dementsprechend wird die Bildung von Embryoidkörpern, gefolgt von differenzierungsinduzierenden Ansätzen, als geeigneter Weg angesehen, um das pluripotente Differenzierungspotenzial eines bestimmten Stammzelltyps nachzuweisen. Daher war es von Interesse zu prüfen, ob AFS-Zellen, ausgehend von einer einzigen Zelle, in der Lage sind, embryoide Körper zu bilden. Tatsächlich können monoklonale humane AFS-Zellen Embryoidkörper bilden, wenn sie ohne Antidifferenzierungsfaktoren unter Bedingungen kultiviert werden, bei denen sie sich nicht an der Oberfläche der Kulturschalen festsetzen können und keinen Kontakt zu Fütterungszellen haben. Die Bildung solcher dreidimensionalen multizellulären Aggregate geht mit einer Abnahme der Expression von Stammzellmarkern und einer Induktion der Differenzierung in verschiedene Zelllinien einher. Diese Studie, in der das Potenzial zur Bildung von Embryoidkörpern nachgewiesen wurde, war der ultimative Beweis dafür, dass AFS-Zellen pluripotent sind. Darüber hinaus ermöglicht sie nun die Rekapitulation und Untersuchung der dreidimensionalen Strukturen und der Zusammenhänge auf Gewebeebene vieler Differenzierungsphänomene während der frühen Embryogenese von Säugetieren. Diese Erkenntnisse über die Pluripotenz von AFS-Zellen wurden mit Hilfe von monoklonalen Zelllinien gewonnen, die durch magnetische Zellsortierung und minimale Verdünnung aus menschlichen Amniozenteseproben gewonnen wurden. Heute gibt es viele verschiedene etablierte monoklonale Linien, die als unreife Stammzellen mit hoher Proliferationsrate in Kultur expandiert werden können, ohne dass Feeder-Zellen benötigt werden.
Zusammengenommen ist der aktuelle Wissensstand, dass AFS-Zellen das Potenzial haben, sich in Zelltypen der drei Keimschichten (Ektoderm, Mesoderm und Endoderm) zu differenzieren und embryoide Körper zu bilden, was als wichtigster Schritt bei der Differenzierung pluripotenter Stammzellen bekannt ist. Im Vergleich zu anderen Arten von Stammzellen, wie adulten Stammzellen, ES-Zellen oder induzierten pluripotenten Stammzellen (iPS), haben AFS-Zellen spezifische Vorteile. Adulte Stammzellen sind oft schwer zu entnehmen, weisen ein geringeres Differenzierungspotenzial auf als AFS-Zellen und können nicht mit hoher Proliferationsaktivität gezüchtet werden. Die Erzeugung von ES-Zelllinien durch die Zerstörung eines menschlichen Embryos wirft eine Reihe von ethischen Fragen auf, die von Land zu Land unterschiedlich diskutiert werden. Außerdem sind ES-Zellen tumorerzeugend, während AFS-Zellen, wie bereits erwähnt, in Mäusen mit schwerer kombinierter Immunschwäche keine Tumorbildung auslösen. Im Vergleich zu iPS-Zellen ist bei AFS-Zellen keine ektopische Induktion der Pluripotenz erforderlich. AFS-Zellen sind genomisch stabil und weisen weder das epigenetische Gedächtnis noch somatische Mutationen von bereits differenzierten Ausgangszellen auf. Außerdem wurde berichtet, dass iPS-Zellen während der Vermehrung in der Kultur karyotypische Anomalien und Genmutationen akkumulieren. Kürzlich wurde berichtet, dass iPS-Zellen während der ektopischen Induktion der Pluripotenz ihr epigenetisches Muster nur unvollständig rekapitulieren. Dieser wichtige Befund muss berücksichtigt werden, wenn diese Zellen für detaillierte Untersuchungen von Differenzierungsprozessen verwendet werden sollen und wenn sie für neue mögliche therapeutische Ansätze in Betracht gezogen werden. AFS-Zellen weisen bereits Stammzelleigenschaften auf und benötigen keine ektopische Induktion von Pluripotenz. Außerdem weisen AFS-Zellen bereits das epigenetische Muster von Stammzellen auf. Zusammenfassend ist es nicht überraschend, dass sich derzeit viele Versuche auf die Frage konzentrieren, unter welchen Bedingungen AFS-Zellen für stammzellbasierte Therapien verwendet werden könnten. Darüber hinaus werden AFS-Zellen derzeit zunehmend als optimales Werkzeug für die Grundlagenforschung akzeptiert.
Obwohl man davon ausgeht, dass ES-Zellen, iPS-Zellen und AFS-Zellen ein pluripotentes Differenzierungspotenzial besitzen, bleibt die Frage unbeantwortet, ob sie das gleiche qualitative Spektrum an Differenzierungspotenzial aufweisen. Pluripotente Stammzellen sind definiert als selbstreplizierende Zellen (die Zellen können sich per se teilen), von denen bekannt ist, dass sie die Fähigkeit besitzen, sich zu Zellen und Geweben der primären Keimblätter, des Ektoderms, Mesoderms und Endoderms, zu entwickeln. Diese drei Stammzelltypen (ES-, iPS- und AFS-Zellen) besitzen nachweislich das Potenzial, sich in Zellen der drei Keimblätter zu differenzieren. Alle drei können auch embryonale Körper bilden. Ob sie jedoch tatsächlich ein vergleichbares Potenzial zur Differenzierung in einen bestimmten Zelltyp mit all seinen bekannten biologischen Funktionen haben, muss von Fall zu Fall geprüft werden. Wir halten es für notwendig, ihre Differenzierungspotenziale direkt zu untersuchen und zu vergleichen und die am besten geeigneten Zelltypen für grundlagenwissenschaftliche Projekte und für die vermutete Verwendung in neuen stammzellbasierten Therapien auszuwählen. Darüber hinaus sollte ein offensichtlicher Unterschied zwischen diesen drei pluripotenten Stammzelltypen in Zukunft noch genauer untersucht werden. Seit der ersten Beschreibung ihrer In-vitro-Kultivierung ist bekannt, dass ES-Zellen tumorerzeugend sind. Ebenso induzieren iPS-Zellen die Tumorbildung, wenn sie subkutan in Nacktmäuse transplantiert werden. Es wurde jedoch berichtet, dass AFS-Zellen in Mäusen mit schwerer kombinierter Immunschwäche keine Tumore bilden. Da letzteres bisher nur in einem Projekt untersucht wurde, bei dem eine bestimmte Gruppe von Tiertransplantationen analysiert wurde, sind weitere Untersuchungen erforderlich, um zu klären, ob AFS-Zellen wirklich keine Tumore bilden. Sollte dies der Fall sein, wäre dies ein wichtiger Vorteil gegenüber ES- und iPS-Zellen, zumindest im Hinblick auf eine mögliche klinische Verwendung.
2. AFS-Zellen für die Therapie: Zukunftsperspektiven
Viel von der Aufregung um menschliche Stammzellen ist mit der Hoffnung von Klinikern und Patienten verbunden, dass diese Zellen einmal für Zelltherapien für ein breites Spektrum menschlicher Krankheiten eingesetzt werden können. Hier muss klar gesagt werden, dass die Arbeit an AFS-Zelltherapien noch in den Kinderschuhen steckt. Viele Fragen werden derzeit noch untersucht, und bisher hat noch kein therapeutischer Ansatz auf der Grundlage von AFS-Zellen die Stufe der klinischen Routineanwendung erreicht. Eine Reihe neuer Forschungsergebnisse liefert jedoch deutliche Hinweise darauf, dass AFS-Zellen in der Tat ein leistungsfähiges Instrument in der regenerativen Medizin sein könnten.
So sind beispielsweise akutes und chronisches Nierenversagen Erkrankungen mit hoher Morbidität und Mortalität. Die Nierentransplantation ist nach wie vor die wirksamste Behandlungsoption für die Mehrzahl der Patienten mit Nierenerkrankungen im Endstadium. Leider ist der Mangel an kompatiblen Organen ein sehr einschränkender Faktor. Weitere Behandlungsstrategien basieren auf der konventionellen Nierendialyse, aber die Sterblichkeitsrate von Patienten, die eine chronische Dialyse benötigen, ist hoch. Dementsprechend rückte die mutmaßliche Verwendung von Stammzellen für die Reparatur von Nierenschäden in den Mittelpunkt. Mehrere kürzlich veröffentlichte Studien zur Nierendifferenzierung von AFS-Zellen legen die Vermutung nahe, dass diese Stammzellen als neue, vielversprechende Quelle für zellbasierte Therapien zur Behebung von Nierenschäden in Frage kommen könnten, und rechtfertigen weitere Untersuchungen in dieser Richtung. Unter Verwendung eines Nierenreaggregationstests haben wir vor kurzem veröffentlicht, dass AFS-Zellen das Potenzial haben, sich in nephrogene Linien zu differenzieren, und dass diese Fähigkeit vom mTOR-Signalweg (mammalian target of rapamycin) abhängt (siehe auch die Diskussion unten). Andere haben gezeigt, dass menschliche AFS-Zellen sich in Nierengewebe integrieren können, wenn sie in isolierte embryonale Mäusenieren injiziert werden, oder dass die Injektion von AFS-Zellen in geschädigte Nieren von Mäusen mit rhabdomyolysebedingter akuter tubulärer Nekrose eine schützende Wirkung entfalten kann. Obwohl diese und andere Daten die Vermutung nahelegen, dass AFS-Zellen erfolgreiche alternative Ansätze für die Behandlung beispielsweise der akuten tubulären Nekrose bieten könnten, müssen noch viele weitere Fragen beantwortet werden, bevor solche zellbasierten Therapien für eine routinemäßige Anwendung beim Menschen in Betracht gezogen werden können.
Aus vielen verschiedenen Gründen ist auch die Etablierung neuer stammzellbasierter Therapien für bisher unheilbare Erkrankungen des zentralen Nervensystems wie die Parkinsonsche Krankheit, Rückenmarksverletzungen, Multiple Sklerose oder Schlaganfall von großem Interesse. Neurale Stammzellen, die zu diesem Zweck untersucht wurden, finden sich im erwachsenen Zentralnervensystem und im sich entwickelnden Embryo, aber diese Gewebe sind nicht leicht verfügbar und werfen ethische Bedenken auf. In den letzten Jahren haben verschiedene Gruppen über das neurogene Differenzierungspotenzial von AFS-Zellen berichtet. Bevor jedoch die nächsten Schritte in Richtung einer klinischen Nutzung von AFS-Zellen in Betracht gezogen werden können, muss der Nachweis erbracht werden, dass AFS-Zellen tatsächlich reife Neuronen bilden können. In der Tat wird in der Literatur immer noch diskutiert, ob AFS-Zellen wirklich in der Lage sind, funktionelle Neuronen zu bilden. In naher Zukunft wird es sehr wichtig sein, herauszufinden, welche Art von neurogenen Zelltypen aus AFS-Zellen entwickelt werden können. Die Frage, ob sich AFS-Zellen zu funktionellen reifen Neuronen differenzieren können, muss durch die Analyse der Fähigkeit, Tetrodotoxin-empfindliche Aktionspotentiale mit der charakteristischen Form und Dauer abzufeuern, oder durch den Nachweis der synaptischen Kommunikation mittels Elektronenmikroskopie untersucht werden.
Hier könnte man noch einige Beispiele für mögliche therapeutische Ansätze mit AFS-Zellen diskutieren. Manchmal wird argumentiert, dass viele grundlegende Fragen bezüglich der Herkunft, der Tumorigenität, des Differenzierungspotenzials, des epigenetischen Status oder der genomischen Stabilität untersucht werden müssen, bevor AFS-Zellen als therapeutisches Werkzeug in Betracht gezogen werden können. Wir glauben jedoch, dass all diese Aspekte parallel untersucht werden sollten. Darüber hinaus ist es für zukünftige Überlegungen wirklich wichtig, all diese Eigenschaften von AFS-Zellen quantitativ und qualitativ mit denen anderer pluripotenter oder adulter Stammzelltypen zu vergleichen.
3. AFS-Zellen in der Grundlagenforschung: Zukunftsperspektiven
Stammzellen sind sehr nützliche Werkzeuge zur Untersuchung der molekularen und zellulären Regulierung von Differenzierungsprozessen. Ein Ansatz, um mehr über die Rolle eines bestimmten Gens für einen bestimmten Differenzierungsprozess zu erfahren, besteht darin, die endogene Expression des betreffenden Gens auszuschalten. Ein solcher Ansatz ermöglicht es, die Rolle der modulierten Genexpression für das Potenzial der Zelle, sich in eine bestimmte Zelllinie zu differenzieren, zu klären. Vor kurzem haben wir ein Protokoll für effizientes siRNA-vermitteltes längeres Gen-Silencing in AFS-Zellen veröffentlicht. Dieses Protokoll, das wir bereits für eine Vielzahl verschiedener Gene getestet haben, ermöglicht eine 96-98%ige Herabregulierung der endogenen Genexpression über einen Zeitraum von etwa 14 Tagen in AFS-Zellen und in einer Vielzahl anderer primärer, immortalisierter oder transformierter Zellen.
In jüngster Zeit haben wir diesen Ansatz genutzt, um die Rolle des mTOR-Signalwegs in menschlichen AFS-Zellen zu untersuchen. Die Deregulierung der vorgelagerten Regulatoren von mTOR, wie z. B. Wnt, Ras, TNF-α, PI3K oder Akt, ist ein Kennzeichen vieler menschlicher Krebsarten. Mutationen in den Genen TSC1, TSC2, LKB1, PTEN, VHL, NF1 und PKD1, die Komponenten des mTOR-Stoffwechsels sind, führen zur Entwicklung der folgenden menschlichen genetischen Syndrome: Tuberöse Sklerose, das Peutz-Jeghers-Syndrom, das Cowden-Syndrom, das Bannayan-Riley-Ruvalcaba-Syndrom, die Lhermitte-Duclos-Krankheit, das Proteus-Syndrom, die von-Hippel-Lindau-Krankheit, Neurofibromatose Typ 1 und die polyzystische Nierenerkrankung. Neben einer Vielzahl von Störungen einzelner Gene und der Tumorentstehung hat sich gezeigt, dass der mTOR-Signalweg auch für die Entstehung komplexer Krankheiten wie Herzhypertrophie, Fettleibigkeit oder Typ-2-Diabetes von Bedeutung ist. All diese pathologischen Folgen einer deregulierten mTOR-Aktivität sind erklärbar, wenn man bedenkt, dass mTOR die Schlüsselkomponente der Insulin-Signalkaskade ist, die an einer Vielzahl verschiedener Prozesse wie Zellwachstum, Proliferation, Stoffwechsel, Transkription, Translation, Überleben, Autophagie, Alterung, Differenzierung und Onkogenese beteiligt ist. Wir fanden heraus, dass der gesamte Prozess der Embryoidkörperbildung von AFS-Zellen von beiden mTOR-haltigen Enzymen, mTORC1 und mTORC2, abhängt. Wie bereits erwähnt, hat die Modulation von mTOR-Komponenten durch spezifische siRNA-Ansätze gezeigt, dass das Potenzial von AFS-Zellen, zur Bildung von Nierengewebe beizutragen, durch diesen Signalweg reguliert wird. In jüngerer Zeit konnten wir mit dem Ansatz, endogene Genfunktionen in AFS-Zellen auszuschalten, nachweisen, dass die beiden mTOR-Regulatoren Tuberin und PRAS40 während der frühen menschlichen AFS-Zelldifferenzierung antiapoptotische Gatekeeper sind. Insgesamt sind wir der festen Überzeugung, dass der Ansatz des siRNA-vermittelten Knockdowns der endogenen Genexpression in monoklonalen menschlichen AFS-Zelllinien ein sehr leistungsfähiges Instrument für künftige Projekte darstellt, die sich mit der molekularen Regulierung der Differenzierung befassen.
Ein weiterer sehr interessanter Aspekt für die künftige Grundlagenforschung ist das Anlegen von AFS-Zelllinien, die natürlich vorkommende Mutationen tragen, die für bestimmte menschliche pathologische Phänotypen von Bedeutung sind. In der medizinischen Genetik hängt die zukünftige Entwicklung neuer prophylaktischer und therapeutischer Strategien direkt von einem besseren Verständnis der Mechanismen ab, durch die natürlich vorkommende genetische Variationen zu Krankheiten beitragen. In Ländern, in denen die Verwendung menschlicher Embryonen zu Forschungszwecken legal ist, werden ES-Zelllinien, die bestimmte Erbfehler tragen, aus Embryonen mit allen Arten von numerischen Chromosomenanomalien oder spezifischen monogenen Krankheitsmutationen erzeugt, die nach der genetischen Präimplantationsdiagnostik vom Transfer in die Gebärmutter ausgeschlossen sind. Auch eine Vielzahl von iPS-Linien mit Einzelgen-Störungen, Chromosomen-Syndromen und komplexen Krankheiten wurden bereits erzeugt, um sie für Grundlagenforschungsprojekte zu nutzen. Wie bereits eingehend erörtert, weisen jedoch sowohl ES-Zellen als auch iPS-Zellen im Vergleich zu AFS-Zellen relevante Nachteile auf. Neben anderen invasiven Verfahren ist die Fruchtwasseruntersuchung seit den 1970er Jahren ein weithin akzeptiertes Standardverfahren der pränatalen Versorgung. Es ist kaum vorhersehbar, wie viele Amniozentesen weltweit pro Jahr durchgeführt werden. Insgesamt sind wir der Meinung, dass die Erzeugung und das Banking von normalen menschlichen AFS-Zelllinien und von AFS-Zelllinien mit Chromosomenaberrationen sowie von AFS-Zelllinien mit spezifischen monogenen Krankheitsmutationen sehr leistungsfähige Instrumente für die Krankheitsmodellierung in der zukünftigen Forschung darstellen könnten. In diesem Zusammenhang ist es wichtig, darauf hinzuweisen, dass das Banking von AFS-Zellen zu Nicht-Forschungszwecken mit dem Ziel, die Gesundheit eines Kindes zu schützen, indem die Stammzellen sein ganzes Leben lang zur Verfügung stehen, etwas anderes ist. Einige Unternehmen in Europa und den USA bieten bereits das Banking von AFS-Zellen an, wenn z. B. eine Fruchtwasseruntersuchung zur pränatalen Diagnose durchgeführt wird. Ihre Argumente für die Konservierung von AFS-Zellen sind, dass diese Zellen einmal helfen könnten, Verletzungen zu behandeln (z. B. Knorpel für das Knie zu reparieren), Wunden zu heilen oder Haut für spezielle Transplantate zu entwickeln. Wie bereits erwähnt, sind in Zukunft umfangreiche Forschungsarbeiten erforderlich, um die mögliche klinische Verwendung von AFS-Stammzellen beim Menschen zu belegen. Die vielversprechenden Ergebnisse, die in den letzten Jahren auf diesem noch jungen wissenschaftlichen Gebiet erzielt wurden, rechtfertigen eindeutig weitere detaillierte Untersuchungen in Richtung einer möglichen klinischen Anwendung von AFS-Zellen. In diesem Beitrag möchten wir betonen, dass das Banking von AFS-Zellen mit natürlich vorkommenden Mutationen für die humangenetische Forschung so bald wie möglich in verschiedenen Labors unter vergleichbaren Qualitätsstandards beginnen sollte. Es wäre lohnenswert, verschiedene Laboratorien zu ermutigen, Fruchtwasserproben aus Fruchtwasseruntersuchungen mit vergleichbaren Indikationen aus ähnlichen Schwangerschaftswochen zu entnehmen. Die Protokolle zur Isolierung von Stammzellen, zur Durchführung von Minimalverdünnungen und zur Charakterisierung der so gewonnenen monoklonalen AFS-Zelllinien sollten standardisiert werden. Das Biobanking von AFS-Zelllinien mit charakterisierten Mutationen würde es ermöglichen, den nächsten Schritt in der humangenetischen Forschung mit menschlichen Stammzellen einzuleiten.